锂电池隔膜单向拉伸生产线

从1970年代以来，计算机已经被用于帮助了解和优化电池的性能。计算工具的不断发展带动了电池模拟不断的改进，模拟的电池体系稳步增加。今天我们可以获得大部分的主流充电电池的模拟数据，其中一些可以免费得到。

在过去几年中，几种不同类型的电池体系（铅酸、镍氢、锂离子）数学模型被建立起来。这有助于对这些体系更好的了解。现在的模型只考虑隔膜的厚度和孔隙率。还没有太多的研究考虑到隔膜的物理和化学性能对隔膜的性能和安全产生的影响。这也是因为隔膜的微孔结构及其对穿透性质的影响目前只能够定性。对隔膜微孔结构的彻底了解将有利于模拟研究和对电化学体系的优化。这将有助于使电池模型更加可靠实用。

隔膜的孔结构通常非常复杂。它由互相连通的微孔网络构成，电解液充满其中。对孔结构的完全描述需要一个非常复杂的模型。如果用少量的参数将孔结构简化为简单的准连续封闭体，模拟就有可能进行。

隔膜和电解液的电导率测得PVDF隔膜等甚至为他们的增塑电解液隔膜使用了更高的量化其离子导电率。对于真实的隔膜材料来说，形状不是统一的圆形，所以1.5的博格曼指数往往是不合适的。基于椭圆形或薄片状等其他形态的微孔网络会导致离子导电路径弯曲，引起α值升高或者完全背离幂次定律。他们还证明圆形或者轻微椭圆的孔型更适合隔膜，因为其能够提高隔膜的电导率。

隔膜的弯曲程度是一个决定隔膜瞬时响应的关键特性，稳态电学测量不能反映出隔膜的弯曲度。他认为应该考虑隔膜的弯曲分布，一些孔的弯曲程度可能要小于另一些孔。他计算出如果隔膜具有一样的平均弯曲度和孔隙率，可以通过不稳定行来区分其不同的弯曲分布。

使用一个数学模型来研究凝胶电解液体系中隔膜的厚度的影响。结果发现当厚度在52微米以下时，厚度的下降只会引起电池的电阻电压降的微小降低，而电极的电压降变化非常大。电池的放电过程建立了一个数学模型。他们的模型预测将隔膜的厚度从25微米升高到100微米，放电容量从95%降为90%；厚度进一步增加到200微米时，放电容量降为75%。这些理论上的结果表明，常用的隔膜（25~37微米厚）不会明显限制锂的质量传递。

近来已经出现为锂离子电池使用电活性聚合物以起到过充保护的作用。将电活性的聚合物添加在隔膜中是一种新颖的保护过充的方法。建立了一个数学模型来解释例如聚噻吩这样的电活性聚合物怎样为锂离子电池提供过充保护。模型显示，当电池电势超过聚合物的氧化电势时，电池在几分钟内从电池转化为电阻，然后形成了稳定的过充状态。